一種檢測數字視頻系統丟幀裂像的系統和方法

2023-10-25 04:51:32 3

專利名稱：一種檢測數字視頻系統丟幀裂像的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測數字視頻系統丟幀裂像的系統和方法，是一種使用數位訊號 檢測計算機數字視頻圖像採集、編輯、播出系統運行質量的系統和方法，是一種檢測計算機 數字視頻系統對圖像處理能力的系統和方法。
背景技術：
電視節目的製作需要穩定的視音頻信號來源，作為信號源的視頻播出系統在長時 間運行中，由於系統其自身的穩定性等問題，部分視音頻幀數據未能及時到達接收設備，造 成了視頻信息的損失，這種現象稱為丟幀。不僅信號的視頻播出系統會出現丟幀，視頻採 集系統如電視節目的收錄系統在採集視頻數據時同樣可能因為數據無法及時處理產生丟 幀。這些數字視頻系統工作中時常需要對視頻數據進行縮放、編解碼(壓縮或解壓縮)或特 效渲染等處理，而這類操作大都比較消耗時間和計算機資源，以特效渲染為例，假如CPU無 法在一幀時間內完成對一幅畫面的特效渲染，導致處理不實時(沒有在一定的嚴格時限內 完成)，那麼就可能會出現後一幀覆蓋前一幀圖像的情況，或者由於數字視頻系統的本身問 題，造成部分圖像在水平方向上偏移了幾列，或者畫面中的某個區域發生圖像的錯位，這些 都被視為裂像。丟幀和裂像的出現與數字視頻系統本身的質量和處理能力密切相關，因此，是否 會產生丟幀和裂像是檢驗數字視頻系統質量和性能的兩個重要指標。目前，檢驗丟幀、裂像 主要靠人工的檢測，靠肉眼在實際工作中觀察圖像質量的變化。而數字視頻系統在工作時， 丟幀又往往很難在第一時間被發現，這對節目質量要求很高的工作來說是難以容忍的。靠 肉眼觀察裂像也是十分困難的，必須盯住屏幕觀看，眨眼的功夫，可能就錯過一幀裂像，漏 檢率很高。因此，需要一種能夠自動檢測數字視頻系統丟幀、裂像的測試方法。

發明內容
為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種檢測數字視頻系統丟幀、裂像的系 統和方法。所述的系統是信號發生系統與被測數字視頻系統以及信號接收系統依次連接。 所述的方法通過一套專用的檢測系統與被測數字視頻系統連接，用專用的檢測信號對被測 數字視頻系統進行檢測，自動檢測被測數字視頻系統是否出現丟幀、裂像。本發明的目的是這樣實現的一種檢測數字視頻系統丟幀裂像的系統，包括帶 有測試序列生成器的信號發生裝置，所述的信號發生裝置帶有一個輸出原始測試序列的輸 出接口，輸出接口與被測數字視頻系統連接；信號接收裝置具有一個輸入接口，與被測數字 視頻系統的輸出接口連接，接收處理後的測試序列，所述的信號接收裝置中設置有利用處 理後的測試序列檢測丟幀的丟幀檢測器、利用處理後的測試序列檢測裂像的裂像檢測器。一種使用上述系統的檢測數字視頻系統丟幀裂像的方法，所述方法的步驟如下 生成原始測試序列的步驟用於在信號發生裝置的測試序列生成器產生原始測試序
列；發送原始測試序列的步驟用於信號發生裝置將原始測試序列發送至被測數字視頻系
統；
原始測試序列進行處理的步驟用於原始測試序列發送至被測數字視頻系統，在被測 數字視頻系統中處理運行，產生處理後的測試序列，並將處理後的測試序列輸出處至信號 接收裝置；
接收的步驟用於信號接收裝置接收被測數字視頻系統發出的處理後的測試序列； 檢測的步驟用於信號接收裝置對處理後的測試序列進行丟幀、裂像檢測 裂像檢測處理後的測試序列進入裂像測試器進行檢測各幀圖像是否裂像，如果「否」 則繼續檢測下一幀圖像，並不斷循環，如果「是」則將裂像幀進行標記，並進入「記錄的步 驟，，;
丟幀檢測處理後的測試序列進入丟幀檢測器中檢測是否丟幀，如果「否」則繼續檢測 下一序列，如果「是」則將丟幀序列進行標記，並進入「記錄的步驟」； 記錄的步驟用於根據標記記錄處理後測試序列的丟幀和裂像； 本發明產生的有益效果是本發明通過專用的原始測試序列通過被測視頻系統，對處 理後的測試序列精確計算以確定被測視頻系統的質量，克服了現有技術用肉眼不能發現的 視頻圖像處理的問題，使視頻系統的質量檢驗更加科學合理，在檢測環節提前發現並彌補 被測數字視頻系統可能存在的缺陷，預先規避出現丟幀、裂像的潛在風險。本發明所述系統 和方法複雜度低、可應用在各種視頻處理系統的檢測上，運行中不需要人工幹預，被測數字 視頻系統有丟幀或裂像產生時本發明所述系統可及時發現並記錄相關的出錯信息。同時大 大提高了對數字視頻系統的檢測效率，降低了成本。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是本發明的實施例一所述系統的原理示意圖； 圖2是本發明的實施例二所述方法的流程圖3是本發明的實施例三所述方法的視頻圖像的測試序列劃分； 圖4是本發明的實施例三所述方法的二進位代碼圖像； 圖5是本發明的實施例三所述方法的二進位代碼圖像生成十進位的編碼過程； 圖6是本發明的實施例四所述方法的檢測點選擇示意圖； 圖7是裂像示意圖8是本發明的實施例五所述方法的檢測點選擇示意圖； 圖9是本發明的實施例五所述方法的測試序列解碼示意圖。
具體實施例方式實施例一
本實施例是一種檢測數字視頻系統丟幀裂像的系統，如圖1所示。本實施例包括帶有 測試序列生成器的信號發生裝置，所述的信號發生裝置帶有一個輸出原始測試序列的輸出 接口，輸出接口與被測數字視頻系統連接；信號接收裝置具有一個輸入接口，與被測數字視 頻系統的輸出接口連接，接收處理後的測試序列，所述的信號接收裝置中設置有利用處理後的測試序列檢測丟幀的丟幀檢測器、利用處理後的測試序列檢測裂像的裂像檢測器。本實施例所述的信號接收裝置和信號發生裝置可以是軟體也可以是硬體。如果是 軟體則信號發生裝置和信號接收裝置可以分別運行在普通的PC機或伺服器中，只要有適 當的接口，甚至可以運行在同一臺PC機或伺服器中。如果是硬體則可以設計專門的信號發 生裝置及信號接收裝置，或設計一個專門的既可以發射信號，也可以接收信號的裝置。或者 通過軟體加硬體的方式實現。因此無論是硬體還是軟體都可以實現這樣一個檢測系統。本實施例所述系統包括兩個裝置，三個模塊信號發生裝置、信號接收裝置，測試 序列生成器、丟幀檢測器、裂像檢測器。信號發生裝置利用測試序列生成器產生測試信號，測試信號通過待測數字視頻系 統後被信號接收裝置接收，接收後的處理後測試序列分別傳送給丟幀檢測器和裂像檢測 器。丟幀檢測器進行丟幀檢測，裂像檢測器進行裂像的檢測，丟幀檢測器和裂像檢測器相互獨立。以採用上述結構模型檢測一套數字視頻系統的穩定性為例。需要用到兩臺設備 一臺穩定的信號播出系統(帶有信號發生裝置)和一臺穩定的信號採集系統(帶有信號接收 裝置)，這兩套系統均由視音頻I/O卡及相應的驅動、應用程式構成。測試序列生成器位於作 為信號源的信號播出系統中，而信號接收裝置則位於信號採集系統中。信號播出系統輸出 信號至待測數字視頻系統，而待測數字視頻系統的輸出則連接採集系統的輸入I/O接口， 如圖1。這樣搭建的一套系統可以用來檢測待測數字視頻系統的穩定性。實施例二
本實施例是使用實施例一所述系統的檢測數字視頻系統丟幀裂像的方法，圖2是本實 施的流程圖。本實施例所述方法的步驟如下
生成原始測試序列的步驟用於在信號發生裝置的測試序列生成器產生原始測試序列。發送原始測試序列的步驟用於信號發生裝置將原始測試序列發送至被測數字視 頻系統。原始測試序列被處理的步驟用於原始測試序列發送至被測數字視頻系統，在被 測數字視頻系統中進行視頻處理，產生處理後的測試序列，並將處理後的測試序列輸出處 至信號接收裝置。該被測數字視頻系統可以對視頻數據進行處理，處理方式可以是編碼和 解碼、圖像縮放等，凡是改變原始視頻數據流且未改變圖像布局的系統均可使用本方法進 行測試。接收的步驟用於信號接收裝置接收被測數字視頻系統發出的處理後的測試序 列。檢測的步驟用於信號接收裝置對處理後的測試序列進行丟幀、裂像檢測
裂像檢測處理後的測試序列進入裂像測試器檢測各幀圖像是否裂像，如果「否」則繼 續檢測下一幀圖像，並不斷循環，如果「是」則將裂像幀進行標記，並進入「記錄的步驟」。丟幀檢測處理後的測試序列進入丟幀檢測器中檢測是否丟幀，如果「否」則繼續 檢測下一序列，如果「是」則將丟幀序列進行標記，並進入「記錄的步驟」。丟幀和裂像的檢測可以同時進行，也可以按照先檢測裂像後檢測丟幀的次序，通 常情況下視頻處理如果出現裂像則丟幀的檢測質量無法保證。
記錄的步驟用於根據標記記錄處理後的測試序列丟幀和裂像。記錄內容可以包 括丟幀或裂像的時間、第幾幀在處理過程中丟失、第幾幀有裂像發生等等。記錄完成後，如 果處理後的測試序列還未全部完成檢測，則返回「檢測的步驟」；如果處理後的測試序列全 部完成檢測，則檢測結束。實施例三
本實施例是實施例二的改進，是實施例二關於原始測試序列的細化。本實施例所述的 原始測試序列構成的方法如下
將一幀圖像在水平方向平均分為N個矩形條區域，N是正整數，N大於2。N的取值還應 小於被檢測設備最終輸出的視頻每幀圖像的橫向解析度，以保證每個矩形區域至少有一個 像素點的寬度。最左側的矩形條區域用除了黑色或白色外的任何一種顏色填充，作為檢測 起始標識，最右側的矩形條區域用與最左側相同的顏色填充，作為檢測結束標識。在起始標識和結束標識之間的矩形條區域為有效檢測區域，將有效檢測區域中的 各個矩形條區域分別用黑色或白色填充，黑色代表1，白色代表0，黑白相間的有效檢測區 域形成一幀二進位代碼圖像。將第零幀的矩形條區域均設為白條，定義為圖像代碼0，
將第一幀的第一矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼1， 將第二幀的第二矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼10， 將第三幀的第一、二矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼11， 將第四幀的第三矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼100，
以此類推，直至/_2-1幀圖像，定義出各幀圖像的二進位代碼； 將上述/-2-1幀圖像按順序連接形成原始測試序列。原始測試序列的生成是將一幅圖像在水平方向平均分為#GV> 2)個矩形區域，如 圖3所示。用一種顏色填充一幀圖像的最左側和最右側的矩形，表示檢測的起始區域和結 束區域。中間的多個矩形組成的區域為有效檢測區域，這個區域用另外兩種顏色填充。兩 種顏色表示不同的數值。為了簡化檢測，兩側的起始區域和結束區域用彩色，即除黑色和白 色以外的任何一種彩色填充。中間的有效檢測區域用黑或白填充。圖3中的斜線填充的矩 形表示為彩色填充的矩形，為檢測的起始區域和結束區域，有效檢測區域中的斜交叉線填 充的表示為黑色矩形，空白表示為白色矩形。檢測中發現為彩色區域到白色/黑色區域跳 變則表明開始進入檢測。當再次跳變到彩色區域則表明退出檢測。在彩色區域中間的Ν-2塊有效矩形區域中，每個矩形通過填充黑、白不同的顏色 表示1或0。不難發現，圖3中的6個矩形可用來表示二進位的000000b到111111b，轉化 為十進位則為0到63，所以這組圖形可表示0 — (2N_2-1)這樣2n_2個整數。按照公式1定 義的Vn (η表示信號源的幀計數)，顯然0彡Vn彡2Ν_2_1。以圖3 (Ν=8，下同)為例，該組矩形可表示64個整數，序列的產生規律為按照從0 到63 (Illlllb)遞增的順序循環變化，如圖4。矩形序列的最高有效位(MSB)在右，最低 有效位(LSB)在左，實際表示的二進位數情況恰好相反，即MSB在左，LSB在右，以圖4中的 (e)為例，從矩形塊序列讀到的組合為010100，實際二進位組合則為001010，即10。編碼過程便是按照0 — (2N_2-1)循環的規律分別編碼成對應的矩形組合，如圖5描 述了十進位37 (100101b)的編碼過程。
實施例四
本實施例是實施例三的改進，是實施例三關於裂像檢測細化。本實施例所述的裂像檢 測的方法
在處理後的測試序列的有效檢測區域的各個矩形條區域內某一列，從上到下的選擇多 個檢測點。檢測點的選擇如圖6所示，圖中每個矩形中間從上到下的黑點，表示為檢測點。對於所選的多列監測點，對比矩形條各自區域內檢測點的亮度值Y是否相同，如 果「是」則沒有裂像，如果「否」則說明有裂像。嚴格說來，檢測一幀畫面每一列各點的Y值 是否相等能確保檢測結果的絕對正確，但從執行效率和實際情況來看，選取多列不同位置 具有代表性的點已經基本可以檢測出實際環境中的各種裂像。根據裂像的特點，當有裂像發生時，測試序列每一列的像素點都可能發生變化，圖 7描述了一種裂像的情況。於是需要檢查每一列的所有像素點是否一致，若有不一致則表明 有裂像產生。所以，檢查裂像時所用的解碼方法和檢測丟幀時有所不同，不同之處在於此時 對於一幀視頻數據不能只看一行上的編碼，而應該得到多行甚至每一行的值進行比較才能 進行判定。圖7隻是其中一種比較簡單且最為常見的一種裂像情況。由於裂像不難避免發 生在小塊區域，所以增大#值將畫面分為更多個矩形區域，即細化檢測區域，可以增加檢測 出裂像的機率，當然這種現象發生概率很小。另外，當發生裂像時序列解碼得到的值可能有 誤，所以丟幀檢測的正確性便沒法保證了。
在生成測試序列時選擇黑白色為填充色可以提高檢測效率，因為對於YUV顏色格式的 圖像來說，黑色和白色的像素點不同之處在於Y的值，U和V的值都是一樣的，所以在檢測 各像素點的不同時就只需比較各像素點的Y值即可。圖像保存在內存中的每個Y、U、V均佔 用1個字節的大小，只檢測Y值可以大大簡化工作量，提高了效率。實施例五
本實施例是實施例二、三的改進，是實施例二、三關於丟幀檢測的細化。本實施例是丟 幀檢測的方法，所述方法使用設置在信號接收裝置中的測試序列解碼器，所述方法如下
測試序列解碼器按照二進位代碼圖像的定義將處理後的測試序列中各幀圖像的有效 檢測區域中的黑白條解譯為二進位代碼。對處理後的測試序列，通過分析其相應矩形區域中的顏色便可得到該序列所表示 的整數值。因為在每個矩形區域中各位置顏色易知(為了減少邊界可能造成的影響，從每一 個矩形的中心點取值，判斷該像素點的顏色即可確定該區域所表示的數值，如圖8所示，圖 中橫線和豎線的交點的黑點表示取像素點位置)。由顏色可得該矩形區域表示的數值，得到 各矩形所表示的數值後，根據編碼原理很容易可以逆推得到當前序列對應的整數值，如圖 9。監測處理後的測試序列任意兩個連續幀的二進位代碼的數值差，如果為1，或者為 1-/_2，則無丟幀，若為其他差值則表明有丟幀，差值即為丟幀數。根據編碼原理，每幀視頻數據所代表的整數值的變化遵循如下規律 數值每次遞增1 (除了 /_2-1 — 0的跳變)；
從/-2-1跳變到0時，數值變化為I-/-2。即
權利要求
1.一種檢測數字視頻系統丟幀裂像的系統，其特徵在於，包括帶有測試序列生成器 的信號發生裝置，所述的信號發生裝置帶有一個輸出原始測試序列的輸出接口，輸出接口 與被測數字視頻系統連接；信號接收裝置具有一個輸入接口，與被測數字視頻系統的輸出 接口連接，接收處理後的測試序列，所述的信號接收裝置中設置有利用處理後的測試序列 檢測丟幀的丟幀檢測器、禾Ij用處理後的測試序列檢測裂像的裂像檢測器。
2.一種使用權利要求1所述系統的檢測數字視頻系統丟幀裂像的方法，其特徵在於所 述方法的步驟如下生成原始測試序列的步驟用於在信號發生裝置的測試序列生成器產生原始測試序列；發送原始測試序列的步驟用於信號發生裝置將原始測試序列發送至被測數字視頻系統；原始測試序列進行處理的步驟用於原始測試序列發送至被測數字視頻系統，在被測 數字視頻系統中處理運行，產生處理後的測試序列，並將處理後的測試序列輸出處至信號 接收裝置；接收的步驟用於信號接收裝置接收被測數字視頻系統發出的處理後的測試序列； 檢測的步驟用於信號接收裝置對處理後的測試序列進行丟幀、裂像檢測 裂像檢測處理後的測試序列進入裂像測試器進行檢測各幀圖像是否裂像，如果「否」 則繼續檢測下一幀圖像，並不斷循環，如果「是」則將裂像幀進行標記，並進入「記錄的步 驟，，;丟幀檢測處理後的測試序列進入丟幀檢測器中檢測是否丟幀，如果「否」則繼續檢測 下一序列，如果「是」則將丟幀序列進行標記，並進入「記錄的步驟」；記錄的步驟用於根據標記記錄處理後測試序列的丟幀和裂像；記錄完成後，如果處 理後的測試序列還未全部完成檢測，則返回「檢測的步驟」；如果處理後的測試序列全部完 成檢測，則檢測結束。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的原始測試序列產生的方法如下 將一幀圖像在水平方向平均分為N個矩形條區域，N是正整數，N大於2，同時N的取值還應小於被檢測設備最終輸出的視頻每幀圖像的橫向解析度；最左側的矩形條區域用除黑色和白色外任何一種顏色填充，作為檢測起始標識，最右 側的矩形條區域用與最左側相同的顏色填充，作為檢測結束標識；在起始標識和結束標識之間的矩形條區域為有效檢測區域，將有效檢測區域中的各個 矩形條區域分別用黑色或白色填充，黑色代表1，白色代表0，黑白相間的有效檢測區域形 成一幀二進位代碼圖像；將第零幀的矩形條區域均設為白條，定義為圖像代碼0， 將第一幀的第一矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼1， 將第二幀的第二矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼10， 將第三幀的第一、二矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼11， 將第四幀的第三矩形條區域設為黑條，其他為白條，定義為圖像代碼100， 餘此類推，直至/_2_1幀圖像，定義出各幀圖像的二進位代碼； 將上述/_2-1幀圖像按順序連接形成原始測試序列。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的裂像檢測的方法在處理後的測試序列的有效檢測區域的各個矩形條區域內某一列，從上到下的選擇多 個檢測點；對於所選的多列監測點，對比矩形條各自區域內檢測點的亮度值Y是否相同，如果 「是」則沒有裂像，如果「否」則有裂像。
5.根據權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，所述的丟幀檢測的方法，所述方法使 用設置在信號接收裝置中的測試序列解碼器，所述方法如下測試序列解碼器按照二進位代碼圖像的定義將處理後的測試序列中各幀圖像的有效 檢測區域中的黑白條解譯為二進位代碼；監測處理後的測試序列任意兩個連續幀的二進位代碼的數值差，如果為1，或者為 1-/_2，則無丟幀，若為其他差值則表明有丟幀，差值即為丟幀數。
全文摘要
本發明涉及一種檢測數字視頻系統丟幀裂像的系統和方法。本發明包括信號發生裝置，帶有產生原始測試序列的測試序列生成器，所述的信號發生裝置帶有一個輸出原始測試序列的輸出接口，輸出接口與被測數字視頻系統連接，所述的信號接收裝置具有一個輸入接口，與被測數字視頻系統的輸出接口連接接收處理後的測試序列；所述的信號接收裝置中設置有利用處理後的測試序列檢測丟幀的丟幀檢測器、利用處理後的測試序列檢測裂像的裂像檢測器。本發明通過專用的原始測試序列通過被測視頻系統，對原始測試序列和縮放測試序列精確對比測定以確定被測視頻系統的質量，克服了現有技術用肉眼不能發現的視頻圖像的問題，使視頻系統的質量檢驗更加科學合理。
文檔編號H04N17/00GK102065318SQ20101061864
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者孔鑫, 張亞中, 王琪, 王雨, 許春鳳, 黃德智, 齊曉軒 申請人:北京中科大洋科技發展股份有限公司